通过溶剂非溶剂聚合物作用设计可调节形态和孔隙率的超细纤维

　　ACS Appl. Polym. Mater.：通过控制溶剂/非溶剂/聚合物相互作用设计具有可调节形态和孔隙率的PIM-1超细纤维
　　DOI: 10.1021/acsapm.0c00386
　　在这项研究中，使用一种简单的一步静电纺丝技术，由微孔聚合物PIM-1制备具有可调形态和孔隙率的纤维。该方法包括将PIM-1溶解在良溶剂四氢呋喃（THF）中，将其与由THF和非溶剂（二甲基甲酰胺（DMF）或甲苯）组成的助溶剂进行静电纺丝，而无需任何后处理。由THF和不同助溶剂制得的电纺PIM-1纤维显示出纤维形态的独特变化，从纤维表面纹理的变化到横截面形状和内部/外部孔的变化。从波纹圆形到带状哑铃的横截面形状变化主要归因于屈曲不稳定性，而非溶剂的相分离可用来解释在不同溶剂/非溶剂比例下，纤维表面和纤维内部形成高度多孔结构的原因。随着甲苯含量的增加，由于相分离和纤维固化之间的竞争效应，表面孔变得更加发达，而内部孔显示出尺寸和密度的减小。来自静电纺丝过程中非溶剂诱导相分离（NIPS）产生的大孔（> 50 nm）/中孔（2-50 nm）纤维垫的分层孔隙率和来自PIM-1刚性骨架的固有微孔（<2 nm）有助于增加纤维垫的表面积。氮的物理吸附分析和对CO2吸附能力的提高证实了这些结果。在不同温度下的CO2吸附动力学以及使用重量分析法进行的吸附/解吸循环稳定性研究表明，PIM-1纤维毡在气体捕获应用中具有广阔的前景。
　　图1.（a）PIM-1的化学结构。铝箔顶部的PIM-1电纺纤维毡具有（b）均匀性和（c）柔性。
　　图2.由具有不同成分的溶液制成的初生PIM-1超细纤维的（a-c）表面和（d-f）横截面的代表性SEM显微照片。（g-i）横截面形状的示意图。
　　图3.由7.5wt％PIM-1的前驱体溶液在THF中获得的PIM-1超细纤维的横截面图像显示（a）哑铃状纤维和（b）在较高放大倍率下的横截面内部微结构。
　　图4.T1、T2、T3和T4 PIM-1超细纤维表面（a，d，g，j）及其相应较高放大（b，e，h，k）和横截面（c，f，i，l）的SEM显微照片。
　　图5.PIM 1/THF/非溶剂系统在295.15 K下的三元相图：（a）甲苯和（b）DMF。针对选择DMF和甲苯为非溶剂的实验浊点（紫色三角形），绘制了双结点曲线（实线）、旋节线（虚线）、联系线（虚线）和临界点（空心圆）的理论预测。箭头是建议的合成路径。
　　图6.（a）T4、T3、T2和T1纤维在77 K时的氮气吸附/解吸等温线；（b）PIM-1粉末和T4纤维。（c）T4、T3、T2和T1纤维在273 K时的CO2吸附/解吸等温线； （d）PIM-1粉末和T3纤维。吸附：封闭符号。解吸：开放符号。*在273 K、1 bar下的CO2吸附量为。（e）在25℃、50℃和75℃下T3纤维的CO2吸收量；（f）通过重量法，使用CO2/N2（15/85）在50℃下测得的CO2循环吸附/解吸性能。在氮气流下，在50℃下将吸附的CO2归一化为0。
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　　文章来源：易丝帮